用氣球能做機器人嗎？

隻要你敢想，吹氣球還能登上《Nature》封面！

普林斯頓大學的研究人員算是把氣球玩明白了，“花式氣球”機器人可以卷曲成一隻手，輕輕的握起一顆樹莓。

變換下造型，像不像一個扇貝，可以溫柔地包裹物體。

除了“溫柔”這一特性外，它還可以很有力，比如充當機器人的“肱二頭肌”。

可以制成有力拍打的魚尾，盡情地在水下遨遊。

這是一個使用氣泡鑄造方法制造的軟體機器人，“花式氣球”機器人在被充氣時會以可預測的方式改變形狀。目前，這一研究成果發表在《Nature》雜志上。

▍軟體機器人的“吹氣球”控制術

制造這樣一個軟體機器人有什麼用處呢？

從前，剛性機器人在機器人領地占主導位置，但它天生和柔軟脆弱的東西不合拍，而軟體機器人使用更柔軟、更靈活的材料，與物品交互的過程中中更“貼心”。

設計軟體機器人的一項挑戰是如何控制它們的拉伸和變形方式，這決定了它們如何移動。

普林斯頓大學的這種“吹氣球”方法使用流體力學的基本規則——流體物理學，為軟體機器人創建執行器。研究人員使用了一種稱為彈性體的液體聚合物，該聚合物固化後會成為橡膠狀的彈性材料，可以被注射到一個簡單的模具中，例如五角星氣球。

接下來，研究人員将空氣注入液體彈性體中，這樣就在模具的整個長度上形成了一個長氣泡。

由于重力，當彈性體排到底部時，氣泡慢慢上升到頂部。一旦彈性體硬化，就可以将其從模具中取出并用空氣充氣，這會導緻帶有氣泡的薄面在較厚的底座上拉伸和卷曲。

一根根卷起的“手指”，就像彈鋼琴一樣

通過控制一些因素——塗在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度以及固化所需的時間，研究人員可以決定所産生的緻動器将如何移動。換句話說，是流體力學正在做這項工作。

“如果在固化前允許更多的時間讓聚合物殘留物排出，頂部的薄膜會更薄；薄膜越薄，當你給它充氣時它會拉伸得越多，并導緻更大的整體彎曲，”第一作者特雷弗·瓊斯(Trevor Jones) 解釋說。

▍靈活擴展，未來可用于多種用途

這種“吹氣球”的鑄造方法的一個主要優點是它不需要 3D 打印機、激光切割機或其他通常用于軟體機器人的昂貴設備；同時，該系統是可擴展的，它可以被制作成幾米長的執行器，也可以變成像頭發絲一樣細小。

瑞士洛桑 EPFL 流體動力學教授弗朗索瓦·加萊爾(François Gallaire)評論道：“真正聰明的是這種僅通過自然流體運動來塑造結構的想法。” “這些工藝将在許多不同的規模上發揮作用，包括非常小的東西。這很令人興奮，因為用典型的制造方法做出這種執行器非常困難。”

盡管靈活性好、成本低，但氣泡鑄造方法也有其局限性。到目前為止，研究人員成功地制造了幾米長的彈性體填充管，然而一旦過度充氣會導緻氣球爆裂。“失敗是相當災難性的，”瓊斯說。

接下來，該小組将使用他們的系統來創建更複雜的執行器并探索新的應用，例如創建帶有腔室的執行器，這些腔室使用單個壓力源使它們膨脹，從而模拟人類心髒的跳動，交替收縮和放松。

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